Лабораторный практикум по курсу «Гидро- и пневмопривод в автоматизированном производстве»

 
 
 
 
 
 
 
 
 
А. В. Баранов 
 
 
 
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ  
«ГИДРО- И ПНЕВМОПРИВОД  
В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ» 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 

УДК 62-82 
ББК 34.447 
Б24 
 
Рецензенты: 
кафедра «Технология машиностроения»  
Ярославского государственного технического университета;  
ведущий специалист дирекции главного инженера ПАО «ОДК Сатурн»,  
доктор технических наук, профессор Уваров Л. Б. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Баранов, А. В. 
Б24   
Лабораторный практикум по курсу «Гидро- и пневмопривод в автоматизированном производстве» : учебное пособие / А. В. Баранов. – Москва ; 
Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 136 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1916-1 
 
Рассматриваются наиболее важные вопросы курса: основные принципы действия 
гидропривода; величины, характеризующие рабочий процесс объемных насосов, принцип действия и конструкции насосов; гидроаппаратура: гидрораспределители, гидроклапаны, гидравлические дроссели: конструкция, принцип действия и основы расчета; условные графические обозначения элементов гидропневмосистем, проектирование принципиальных схем гидроприводов; вопросы эксплуатации гидро- и пневмоприводов и др. 
Для студентов, изучающих дисциплину «Гидро- и пневмопривод в автоматизированном производстве». Может быть полезно инженерно-техническим работникам, занимающимся расчетами гидравлических и пневматических систем. 
 
УДК 62-82 
ББК 34.447 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1916-1 
” Баранов А. В., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5 
ЧАСТЬ I. ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРО- И ПНЕВМОПРИВОДОВ 
............................. 7 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 «КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП 
РАБОТЫ ПЛАСТИНЧАТЫХ И ШЕСТЕРЁННЫХ НАСОСОВ» ......................... 7 
Цель работы ............................................................................................................ 7 
Основные теоретические сведения ...................................................................... 7 
Пластинчатые насосы ............................................................................................ 9 
Шестерённые насосы ........................................................................................... 17 
Основное содержание и порядок выполнения работы 
..................................... 20 
Отчёт о работе ...................................................................................................... 21 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 21 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2–3 «КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП 
ДЕЙСТВИЯ ГИДРОАППАРАТУРЫ» 
.................................................................... 22 
Цель работы .......................................................................................................... 22 
Основные теоретические сведения .................................................................... 22 
Гидрораспределители .......................................................................................... 22 
Гидроклапаны ....................................................................................................... 30 
Гидравлические дроссели 
.................................................................................... 39 
Содержание и порядок выполнения работы ..................................................... 49 
Отчёт о работе ...................................................................................................... 49 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 49 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 «СОСТАВЛЕНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ 
ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СХЕМ» ..................................... 51 
Цель работы .......................................................................................................... 51 
Преимущества и недостатки гидравлических 
и пневматических систем .................................................................................... 51 
Принципиальные схемы гидро- и пневмоприводов ......................................... 59 
Проектирование гидросистем ............................................................................. 62 
Содержание и порядок выполнения работы ..................................................... 64 
Варианты циклов 
.................................................................................................. 65 
Отчёт о работе ...................................................................................................... 66 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 66 
ЧАСТЬ II. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ 
СИСТЕМЫ СТАНКОВ С ЧПУ И РОБОТОВ.  
ВОПРОСЫ РЕМОНТА .......................................................................................... 67 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 «УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ 
ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА  
«УНИВЕРСАЛ-15». ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ ГИДРОСИСТЕМЫ» ... 67 
Цель работы .......................................................................................................... 67 
Назначение и техническая характеристика промышленного робота ............. 67 
Краткое описание гидросистемы робота ........................................................... 70 
Режим разгрузки 
................................................................................................... 72 
Режим работы следящего привода ..................................................................... 72 
3 

Возможные неисправности гидросистемы 
........................................................ 75 
Программа выполнения работы 
.......................................................................... 78 
Отчёт о работе ...................................................................................................... 78 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 79 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 «ПРОВЕРКА ХАРАКТЕРИСТИК 
ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА РОБОТА МП-9С  
НА СООТВЕТСТВИЕ ТЕХНИЧЕСКИМ ДАННЫМ» 
.......................................... 80 
Цель работы .......................................................................................................... 80 
Краткое описание схемы привода робота 
.......................................................... 80 
Особенности использования пневмоприводов ................................................. 88 
Программа выполнения работы 
.......................................................................... 90 
Отчёт о работе ...................................................................................................... 92 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 93 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 «ГИДРО- И ПНЕВМОСИСТЕМЫ 
ФРЕЗЕРНОГО ОБРАБАТЫВАЮЩЕГО ЦЕНТРА С ЧПУ 400V.  
ВОПРОСЫ РЕМОНТА» ........................................................................................... 94 
Цель работы ......................................................................................................... 94 
Назначение и технические характеристики фрезерного 
обрабатывающего центра 400V ......................................................................... 94 
Описание составных частей станка 
................................................................... 97 
Система смазки 
.................................................................................................. 102 
Возможные неисправности в работе системы смазки 
................................... 107 
Пневмосистема станка ...................................................................................... 107 
Программа выполнения работы 
....................................................................... 109 
Отчёт о работе ................................................................................................... 110 
Контрольные вопросы ...................................................................................... 110 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 «ПНЕВМО- И ГИДРОСИСТЕМЫ 
ТОКАРНОГО СТАНКА С ЧПУ МОДЕЛИ 160 НТ. ВОПРОСЫ РЕМОНТА» .... 111 
Цель работы ....................................................................................................... 111 
Назначение и технические характеристики токарного станка 160 НТ ....... 111 
Описание составных частей станка 
................................................................. 114 
Система смазки 
.................................................................................................. 122 
Пневматическая и гидравлическая системы станка ...................................... 126 
Возможные неисправности гидросистемы станка 
......................................... 128 
Программа выполнения работы 
....................................................................... 129 
Отчёт о работе ................................................................................................... 129 
Контрольные вопросы ...................................................................................... 130 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 
.................................................................... 131 
4 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Целью преподавания дисциплины «Гидро- и пневмопривод в автоматизированном производстве» является изучение структуры гидро- и пневмоприводов, устройства и принципа работы их элементов, вопросов проектирования и 
расчета гидро- и пневмосистем станков и роботов, а также их ремонта и обслуживания. 
Учебное пособие подготовлено с учётом требований Государственного 
образовательного стандарта высшего профессионального образования для студентов вузов. Лабораторные работы выполняются с целью получения практических навыков и закрепления теоретических знаний по указанной дисциплине. 
В пособии рассматриваются наиболее важные вопросы курса: основные принципы действия гидропривода; величины, характеризующие рабочий процесс 
объемных насосов, принцип действия и конструкции насосов; гидроаппаратура: 
гидрораспределители, гидроклапаны, гидравлические дроссели: конструкция, 
принцип действия и основы расчета; условные графические обозначения элементов гидропневмосистем, проектирование принципиальных схем гидроприводов; вопросы эксплуатации гидро- и пневмоприводов и др. 
При подготовке к выполнению каждой работы студент должен: 
– изучить соответствующие теоретические разделы литературы; 
– познакомиться с описанием лабораторной работы; 
– изучить и усвоить правила техники безопасности при работе с приборами и устройствами согласно инструкции. 
Проверка подготовленности к выполнению очередной лабораторной работы осуществляется преподавателем при личном опросе. Если студент не знает содержания и методики проведения предстоящей лабораторной работы,  
то он не допускается к ее выполнению. 
По каждой лабораторной работе студент составляет индивидуальный отчет, который должен содержать принципиальные схемы и результат исследования в виде таблиц и графиков с необходимыми пояснениями и выводами. Отчет 
выполняется на листах бумаги формата А4 (или в отдельной тетради), а графики – на масштабной бумаге. Все листы отчета должны быть сброшюрованы. 
Отчет предъявляется преподавателю для проверки и служит основой для сдачи 
зачета по практикуму. 
Во время зачета студент должен показать прочные знания по соответствующим разделам дисциплины, а также по использованию методов экспериментального исследования и расчета. При отсутствии такого уровня знаний работа считается незачтенной. Если и при повторном зачете студент проявил неудовлетворительные знания, то он должен индивидуально вновь выполнить 
весь объем лабораторных работ. 
Перед началом работы непосредственно у лабораторного стенда каждый 
студент должен пройти специальный инструктаж по технике безопасности  
у преподавателя или лаборанта с обязательной отметкой в журнале по технике 
безопасности. 
5 

Лабораторные работы выполняются только с разрешения преподавателя и 
в его присутствии. Если при эксплуатации станков или роботов появились визуально регистрируемые неисправности, необходимо оборудование немедленно 
отключить и сообщить об этом преподавателю или лаборанту. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 

ЧАСТЬ I. ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРО- И ПНЕВМОПРИВОДОВ 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 
КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПЛАСТИНЧАТЫХ  
И ШЕСТЕРЁННЫХ НАСОСОВ 
 
Целью работы является изучение конструкции и принципа работы пластинчатых и шестеренных насосов.  
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 
К общим свойствам объемных̅ насосов, которые обусловлены их принципом действия и отличают их от насосов лопастных, относятся следующие. 
̅Объемной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан 
на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении ее из 
рабочей камеры. 
1. Цикличность рабочего процесса и связанная с ней порционность и неравномерность подачи. Подача объемного насоса осуществляется не равномерным потоком, а порциями, каждая из которых соответствует подаче одной рабочей камеры. 
2. Герметичность насоса, т. е. постоянное отделение напорного трубопровода от всасывающего. 
3. Самовсасывание, т. е. способность объемного насоса создавать вакуум 
во всасывающем трубопроводе, заполненном воздухом, достаточный для подъема жидкости во всасывающем трубопроводе до уровня расположения насоса. 
Высота всасывания жидкости при этом не может быть больше предельно допустимой.  
4. Жёсткость характеристики, т. е. крутизна ее в системе координат Н 
(или р) по Q, что означает малую зависимость подачи насоса Q от развиваемого 
им давления. Идеальная подача не зависит от давления насоса. 
5. Независимость давления, создаваемого объемным насосом, от скорости движения рабочего органа насоса и скорости жидкости. В принципе при работе на несжимаемой жидкости объемный насос, обладающий идеальным 
уплотнением, способен создавать сколь угодно высокое давление, обусловленное нагрузкой, при сколь угодно малой скорости движения вытеснителей. 
Величины, характеризующие рабочий процесс объемных насосов 
Основной величиной, определяющей размер объемного насоса (объемного гидродвигателя) является его рабочий объем. 
Рабочий объем насоса и частота его рабочих циклов определяют идеальную подачу. Идеальной подачей объемного насоса называют подачу в единицу 
времени несжимаемой жидкости при отсутствии утечек через зазоры. Осредненная по времени идеальная подача: 
 
zkn
V
n
V
Q
к
0
и
 
 
, 
(1)  
7 

где   V0 – рабочий объем насоса, т. е. идеальная подача насоса за один цикл 
(один оборот вала насоса);  
п – частота рабочих циклов насоса (для вращательных насосов частота 
вращения вала);  
к
V – идеальная подача из каждой рабочей камеры за один цикл;  
 z – число рабочих камер в насосе;  
k – кратность действия насоса, т. е. число подач из каждой камеры за 
один рабочий цикл (один оборот вала). 
 
Таким образом, рабочий объем насоса: 
 
zk
V
V
к
0  
.  
(2)  
Чаще всего k = 1, но в некоторых конструкциях k = 2 и более. 
Действительная подача насоса меньше идеальной вследствие утечек через зазоры из рабочих камер и полости нагнетания, а при больших давлениях 
насоса еще и за счет сжимаемости жидкости. 
Отношение действительной подачи Q к идеальной называется коэффициентом подачи: 
 
и
у
сж


 
 
,  
(3) 
и
и
İ
Q
q
q
Q
Q
Q
где     qу – расход утечек;  
qсж – расход сжатия. 
 
Когда сжатие жидкости пренебрежимо мало, коэффициент подачи равен 
объемному КПД насоса (İ = Ș0): 

 
 
 

.  
(4)  
 
и
у
0
и
и
у
Ș
Q
q
Q
Q
Q
Q
Q
q
Полное приращение энергии жидкости в объемном насосе обычно относят к единице объема и, следовательно, выражают в единицах давления. Так как 
объемные насосы предназначены в основном для создания значительных приращений давления, то приращением кинетической энергии в насосе обычно 
пренебрегают. Поэтому давление насоса представляет собой разность между 
давлением 
2
p  на выходе из насоса и давлением 
1
p  на входе в него: 
 
1
2
н
p
p
p

 
,  
(5) 
а напор насоса: 
н
 
.  
(6) 
 
 
g
p
H
ȡ
Полезная мощность насоса: 
 
н
п
p
Q
N
˜
 
.  
(7) 
8 

Мощность, потребляемая вращательным насосом (затрачиваемая приводящим двигателем), 
 
н
н
н
Ȧ
M
N  
,  
(8) 
где     Мн – момент на валу насоса;  
н
Z – угловая скорость его вала. 
КПД насоса есть отношение полезной мощности к мощности, потребляемой насосом 
н
 
п
н
Ȧ
Ș
˜
˜
 
 
M
p
Q
N
N
. 
(9) 
н
н
н
Для объемных насосов различают гидравлический 
г
K , объемный 
о
K  и механический 
м
K  КПД, учитывающие три вида потерь энергии: гидравлические – 
потери напора (давления), объемные – потери на перетекание жидкости через 
зазоры, и механические – потери на трение в механизме насоса: 
н
  
1
2
г
Ș
p
p
p
p
p
 

 
; 
 (10) 
ин
ин
 
у
о
Ș
q
Q
Q

 
;  
(11) 
ин
 
 
м
н
м
Ș
N
N
N
N
N
 
'

 
,  
(12) 
н
н
где     
ин
p
 – индикаторное давление, создаваемое в рабочей камере насоса и соответствующее теоретическому напору в лопастном насосе;  
м
N
'
– потери мощности на трение в механизме насоса;  
ин
N
– индикаторная мощность, сообщаемая жидкости в рабочей камере и 
соответствующая гидравлической мощности в лопастных насосах. 
Умножим и разделим уравнение (9) на 


ин
у
ин
p
q
Q
N

 
 и произведем 
перегруппировку множителей. Получим: 
ин
н
ин
н
н
Ș
Ș
Ș
Ș
 
˜

˜
 

˜
˜
 
N
N
q
Q
Q
p
p
p
q
Q
N
N
p
Q
,  
(13)  
 


м
о
г
н
н
ин
у
у
ин
т. е. КПД насоса (общий) равен произведению трех частных КПД – гидравлического, объемного и механического.  
Пластинчатые насосы 
Благодаря малым габаритным размерам, удобству встраивания и высокому КПД пластинчатые насосы широко применяют в гидроприводах станков. 
Особенно распространены пластинчатые нерегулируемые насосы двукратного 
действия для давлений 7–14 МПа, отличающиеся большой надежностью. 
9 

Основными частями простейшего пластинчатого насоса однократного 
действия (рис. 1) являются вращающийся ротор 1, помещенный с эксцентриситетом е в неподвижном кольце статора 2. 
В пазах ротора находятся пластины 3, способные при вращении перемещаться радиально. Их наружные концы скользят по окружности Rc статора.  
В статоре прорезаны окна 4 и 5, соединенные с подводящей и отводящей линиями. Дуги перемычек между окнами 4 и 5 соответствуют угловому шагу между 
пластинами 2ʌ/z (где z – число пластин). 
 
 
 
Рис. 1. Схема пластинчатого насоса однократного действия 
 
Рабочий объем пластинчатой машины определяется радиусом статора Rc 
и активным радиусом rа ротора, связанных соотношением Rc – rа = е. Радиус rа 
больше радиуса r ротора на величину минимального зазора между ротором  
и статором против мертвой точки Б.  
Когда объем между двумя соседними пластинами находится против нижней мертвой точки Б, он минимален; при нахождении против верхней мертвой 
точки А – максимален. За один оборот ротора из области с давлением р1 в область с давлением р2 переносится z объемов, характеризуемых разностью максимальной abb'а' и минимальной cdd'c' площадей между пластинами. Приближенно разность этих площадей можно представить, как участок кольца fgg'f'  
со средним радиусом R = Rср = га + е и шириной 2е, за вычетом толщины пластины ǻ. Тогда максимальный объем между пластинами: 




к
2ʌ
/
2
V
fgg f
b
R z
eb
c c
 
 
 '
, 
где     b – ширина статора. 
10